13 Найбільших проблем в дослідженні космосу
Людство зародилося в Африці. Але не всі ми залишилися там, більш ніж тисячі років наші предки поширювалися по всьому континенту і потім покинули його. Коли вони дісталися до моря, вони побудували човни і перетнули під вітрилом величезні відстані до островів, про існування яких вони можливо і не знали. Чому?
Ймовірно, з тієї ж самої причини, чому ми дивимося на Місяць і зірки і говоримо: "Що відбувається там? Ми могли туди дістатися? Можливо, ми могли б туди полетіти ".
Космос, звичайно, більш ворожий до людського життя, ніж поверхня моря; можливість уникнути сили тяжіння Землі тягне за собою набагато більше роботи і витрат, ніж відправлятися на човні від берега. Але тоді човни були передовою технологією свого часу. Мандрівники ретельно планували свої небезпечні поїздки, і багато хто з них померли, намагаючись дізнатися те, що було за горизонтом. Підкорення космосу з метою пошуку нового середовища існування - це грандіозний, небезпечний, і, можливо, неможливий проект. Але це ніколи не зупиняло людей від спроби.
Потужні сили змовилися проти вас - зокрема, гравітація. Якщо об'єкт над поверхнею Землі хоче літати вільно, він повинен буквально вистрілити вгору зі швидкістю, що перевищує 25 000 миль на годину. Це спричиняє великі грошові витрати.
Наприклад, щоб запустити марсохід «Цікавість» на Марс, знадобилося майже $ 200 мільйонів. А якщо говорити про місію з членами екіпажу, то сума значно збільшиться.
Заощадити гроші допоможе багаторазове використання літаючих кораблів. Ракети Spacex Falcon 9 наприклад, розроблялися для багаторазового використання. і як нам відомо, вже є спроби вдалого приземлення.
Наші кораблі занадто повільні
Летіти крізь космос легко. Це - вакуум, в кінці кінців; ніщо не уповільнює вас. Але при старті ракети виникають складності. Чим більше маса об'єкта, тим більше сили потрібно, щоб перемістити його, і ракети мають величезну масу. Хімічне ракетне паливо відмінно підходить для початкового прискорення, але дорогоцінний гас згорає за лічені хвилини. Імпульсне прискорення дозволить долетіти до Юпітера за 5-7 років. Це чертовски багато фільмів в польоті. Нам потрібен радикальний новий метод для розвитку швидкості польоту.
3. Космічне сміття
Це мінне поле
Вітаючи! Ви успішно запустили ракету на орбіту. Але перш ніж ви вирветься в космос, нізвідки не візьмись з'явиться уламок старого супутника і вріжеться в ваш паливний бак. Все, ракети більше немає.
Це проблема космічного сміття, і це дуже реально. «Американська Мережа Спостереження» за космічним простором виявила 17,000 об'єктів - кожен, розміром з м'яч - мчить навколо Землі на швидкостях більше ніж 17,500 миль на годину; і ще майже 500,000 уламків розміром менше 10 см. Адаптери запуску, кришки для об'єктивів, навіть пляма фарби можуть пробити воронку в критичних системах.
Щити Уиппла - шари металу і кевлара - можуть захистити від крихітних частин, але ніщо не може врятувати вас від цілого супутника. Їх налічується близько 4000 на орбіті Землі, більшість загиблих в повітрі. Управління польотом допомагає уникнути небезпечних шляхів, але не ідеально.
Виштовхнути їх з орбіти реалістично - це займе цілу місію, щоб позбутися лише від одного мертвого супутника. Так що тепер всі супутники будуть падати з орбіти самостійно. Вони будуть викидати за борт додаткове паливо, а потім використовувати ракетні прискорювачі або сонячне вітрило, щоб попрямувати вниз до Землі і згоріти в атмосфері.
4. Навігація
Немає ніякого GPS для космосу
«Мережа Відкритого космосу», антени в Каліфорнії, Австралії, і Іспанії, є єдиним навігаційним інструментом для космосу. Все, що запускається в космос - від супутників студентських проектів до зонда «Нові горизонти», блукаючого через Пояс Копейра, залежить від них.
Але чим далі ракети віддаляються від Землі, тим менш надійним стає цей метод. Звичайно, радіохвилі подорожують зі швидкістю світла, але передачі в глибокий космос як і раніше займають кілька годин. І зірки можуть вказати вам напрямок, але вони занадто далеко, щоб вказати вам, де ви знаходитесь.
Експерт з навігації відкритого космосу Джозеф Гинн хоче проектувати автономну систему для майбутніх місій, яка зібрала б зображення цілей і сусідніх об'єктів і використовувала б їх відносне розташування, щоб розбити на трикутники координат космічного корабля, що не вимагає ніякого наземного управління.
Це буде як GPS на Землі. Ви ставите GPS приймач на своє авто і проблема вирішена.
5. Радіація
Космос перетворить вас в мішок з раком
Поза безпечного кокона атмосфери Землі і магнітного поля, вас чекає космічна радіація, і це смертельно. Крім раку, це може також викликати катаракту і можливо хвороба Альцгеймера.
Коли субатомні частинки стукають в атоми алюмінію, з якого зроблений корпус космічного корабля, їх ядра вибухають, випускаючи ще більше надшвидких частинок, званих вторинної радіацією.
Рішення проблеми? Одне слово: пластик. Він легкий і міцний, і він сповнений водневих атомів, маленькі ядра яких не виробляють багато вторинної радіації. НАСА тестує пластик, який зможе пом'якшити радіацію в космічних кораблях або космічних скафандрах.
Або як щодо цього слова: магніти. Вчені на космічному радіаційному проект «Щит надпровідності» працюють над дибориде магнію - надпровідник, який відхилив би заряджені частинки далеко від судна.
6. Їжа та вода
На Марсі немає супермаркетів
Деякі овочі вже досить космічно-ефективні, але вчені працюють над генетично модифікованої карликової сливою, висотою менше метра. Білки, жири і вуглеводи можуть восполнятся за рахунок більш різноманітного врожаю - як картопля і арахіс.
7. М'язи і кістки
Невагомість перетворює вас в місиво
Невагомість руйнує тіло: певні імунні клітини не в змозі виконувати свою роботу, а еритроцити вибухають. Це сприяє появі каменів в нирках і робить ваше серце ледачим.
Астронавти на ISS тренуються, щоб боротися з атрофією м'язів і втратою кісткової маси, але вони все ще втрачають масу кістки в космосі, і ті цикли обертання невагомості не допомагають іншим проблемам. Штучна гравітація виправила б все це.
У своїй лабораторії в Массачусетському технологічному інституті, колишній астронавт Лоуренс Янг проводить випробування на центрифузі: випробовувані лежать на боці на платформі і обертають ногами педалі на стаціонарному колесі, а вся конструкція поступово розкручується навколо своєї осі. Результуюча сила впливає на ноги космонавтів, віддалено нагадуючи гравітаційний вплив.
Тренажер Янга занадто обмежений, його можна використовувати використовувати більше години або два в день, для постійної гравітації, цілий космічний корабель повинен буде стати центрифугою.
8. Психічне здоров'я
Міжпланетні подорожі - прямий шлях до божевілля
Коли у людини трапляється інсульт або серцевий напад, лікарі іноді знижують температуру пацієнта, сповільнюючи їх метаболізм, щоб зменшити пошкодження від відсутності кисню. Це - прийом, який могла б працювати і для астронавтів. Міжпланетну подорож протягом року (як мінімум). проживання в тісному космічному кораблі з поганою їжею і нульовий приватним життям - рецепт для космічного божевілля.
9. Посадка
Планета, привіт! Ви були в космосі протягом багатьох місяців або навіть кілька років. Далекий світ нарешті видніється через ваш ілюмінатор. Все, що ви повинні зробити - приземлитися. Але ви крен через позбавлене тертя простір зі швидкістю 200,000 миль в годину. О, так, і ще є гравітація планети.
Проблема приземлення все ще одна з найактуальніших, яку треба буде розв'язати інженерам. Згадайте невдалу посадку «Скіапареллі» на Марс.
10. Ресурси
Ви не можете взяти гору алюмінієвої руди з собою
Коли космічні кораблі відправляться в довгу подорож, вони візьмуть з собою запаси з Землі. Але ви не можете взяти з собою все. Насіння, кисневі генератори, можливо кілька машин для будівництва інфраструктури. Але поселенці повинні будуть зробити все інше самі.
На щастя космос не зовсім безплідний. "У кожної планети є всі хімічні елементи, хоча концентрації відрізняються", говорить Іен Кроуфорд, планетарний вчений з Біркбек, Лондонського університету. У місяця є багато алюмінію. У Марса є кварц і окис заліза. Сусідні астероїди - великий джерело вуглецевих і платинових руд - і води, як тільки першопрохідці з'ясують, як підірвати матерію в космосі. Якщо підривники і бурильники дуже важкі, щоб взяти їх на корабель, вони повинні будуть отримати копалини іншими методами: танення, магніти або переварюють метал мікроби. І НАСА вивчає процес 3D друку, щоб надрукувати цілі будівлі - і не буде ніякої потреби імпортувати спеціальне обладнання.
11. Дослідження
Ми не можемо зробити все самі
Собаки допомогли людям колонізувати Землю, але вони не вижили б на Марсі. Щоб поширитися в новому світі, нам буде потрібен новий кращий друг: робот.
Колонізація планети вимагає багато важкої роботи, і роботи можуть весь день рити, не маючи необхідність є або дихати. Поточні прототипи - великі і громіздкі, вони ледве пересуваються по землі. Таким чином, роботи повинні бути не схожі на нас, це може бути легкий керований бот з клешнями в формі екскаваторного ковша, розроблений НАСА, щоб вирити лід на Марсі.
Однак, якщо робота вимагає спритності і точності, то тут не обійтися без людських пальців. Сьогоднішній космічний скафандр розроблений для невагомості, а не для піших прогулянок по екзопланете. У прототипу НАСА Z-2 є гнучкі суглоби і шолом, який дає чітке уявлення про будь-яким тонким фіксації потреб проводки.
12. Космос величезний
Варп-двигуни все ще не існують
Найшвидшим річчю, яку коли-небудь будували люди, є зонд на ім'я Геліос 2. Він уже не функціонує, але якби в космосі був звук, то ви почули б його крик, оскільки він досі обертається навколо сонця на швидкостях більше ніж 157,000 миль в годину. Це майже в 100 разів швидше, ніж куля, але навіть в при такій швидкості треба було б приблизно 19,000 років, щоб досягти найближчої до нас зірку - Альфа Центавра. Під час такого тривалого польоту змінилося б тисячі поколінь. І навряд чи хтось мріє померти від старості в космічному кораблі.
Щоб перемогти час нам потрібна енергія - дуже багато енергії. Можливо ви могли б добути на Юпітері достатню кількість гелію 3 для термоядерного синтезу (після того, як винайдемо термоядерні двигуни, звичайно ж). Теоретично, близькосвітлових швидкостей можна домогтися за допомогою енергії анігіляції матерії і антиматерії, але займатися подібним на Землі - небезпечно.
"Ви ніколи не хотіли б робити це на Землі", говорить Ле Джонсон, технік НАСА, який працює над божевільними ідеями зорельота. "Якщо ви зробите це у відкритому космосі, і щось піде не так, ви не руйнуєте континент". Занадто сильно? Як щодо сонячної енергії? Все, що вам потрібно - це вітрило, розміром з Техас.
Набагато більш витончене рішення зламати вихідний код всесвіту - за допомогою фізики. Теоретичний двигун Мігеля Алькубьерре стиснув би простір-час перед вашим кораблем і розширив би позаду нього, так ви могли б переміщатися швидкістю, що перевищує швидкість світла.
Людству будуть потрібні ще кілька Ейнштейнів, що працюють в місцях як Великий Адронний Коллайдер, щоб розплутати всі теоретичні вузли. Цілком можливо, що ми зробимо якийсь відкриття, яке змінить все, але цей прорив навряд чи врятує ситуацію, що склалася. Якщо ви хочете більше відкриттів, ви повинні вкладати в них великі гроші.
13. Є тільки одна Земля
Ми повинні мати сміливість залишитися
А що ж з долею і призначенням людства? Історики знають краще. Розширення Заходу було захопленням землі, і великі дослідники були головним чином в ньому заради ресурсів або скарбів. Людська полювання до зміни місць виражається тільки в обслуговуванні політичного або економічного бажання.
Звичайно, що нависло руйнування Землі може бути стимулом. Вичерпала ресурси планети, змініть клімат, і космос стане єдиною надією на виживання.
Але це небезпечний хід думок. Це створює моральну небезпеку. Люди думають, що якщо ми зіпсуємо остаточно Землю. то можемо почати з чистого аркуша де-небудь на Марсі. Це неправильне судження.
Наскільки нам відомо, Земля - єдине придатне для житла місце в відомому нам Всесвіті. І якщо ми збираємося залишити цю планету, то це повинно бути нашим бажанням, а не наслідком безвиході.